新教材高中化學(xué)專題2化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡2.1化學(xué)反應(yīng)的方向?qū)W案蘇教版選擇性必修1

第1課時化學(xué)反應(yīng)的方向課程目標(biāo)1．了解自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)的含義。2．了解熵變的含義。3．能用ΔH－TΔS判斷化學(xué)反應(yīng)進行的方向。圖說考點基礎(chǔ)知識自學(xué)·思記·嘗試[新知預(yù)習(xí)]一、自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)1．自發(fā)過程（1）含義：在一定條件下，就可以自動進行的過程。（2）特點：①體系趨向于從狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)（體系對外部或者能量）。②在密閉條件下，體系有從自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榈膬A向，即原理。2．自發(fā)反應(yīng)在一定條件下，能進行的反應(yīng)。二、化學(xué)反應(yīng)進行方向的判據(jù)1．焓判據(jù)（1）用來判斷反應(yīng)進行的方向。（2）放熱反應(yīng)過程中體系能量，具有自發(fā)進行的。2．熵判據(jù)（1）熵用來量度體系的一個物理量，符號為，單位為。（2）熵值大小判據(jù)①物質(zhì)的混亂度：體系的混亂度越大，熵值；②同一條件下，不同物質(zhì)的熵值；③物質(zhì)的存在狀態(tài)，同一物質(zhì)：S（g）S（l）S（s）。（3）熵增原理與外界隔絕的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵，即熵變（符號）零（填“大于”“小于”或“等于”）。（4）熵判據(jù)用來判斷反應(yīng)進行的方向。（5）熵變的判斷①氣體體積增大的反應(yīng)，熵；②氣體體積減小的反應(yīng)，熵。三、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響1．反應(yīng)方向的判據(jù)體系自由能變化（符號為ΔG，單位為kJ·mol－1）綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響，可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進行方向的判斷：ΔG＝ΔH－TΔS。（1）ΔG0反應(yīng)能自發(fā)進行。（2）ΔG＝0反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。（3）ΔG0反應(yīng)不能自發(fā)進行。2．文字表達在、一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH－TΔS的方向進行，直至達到狀態(tài)。[即時性自測]1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”（1）吸熱反應(yīng)不可能自發(fā)進行。（）（2）體系有序性越高，熵值就越低。（）（3）自發(fā)過程一定導(dǎo)致體系的熵增大。（）（4）焓變是決定反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一種重要因素。（）（5）反應(yīng)2Mg（s）＋CO2（g）=C（s）＋2MgO（s）能自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH<0。（）（6）某反應(yīng)在一定條件下能正向自發(fā)進行，則該條件下其逆反應(yīng)必定不能自發(fā)進行。（）2．下列自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)來解釋的是（）A．Ba（OH）2·8H2O和氯化銨的反應(yīng)B．2N2O5（g）=4NO2（g）＋O2（g）ΔH＝＋56.7kJ·mol－1C.（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s）＋NH3（g）ΔH＝＋74.9kJ·mol－1D．2H2（g）＋O2（g）=2H2O（l）ΔH＝－285.8kJ·mol－13．以下自發(fā)反應(yīng)不可用熵判據(jù)來解釋的是（）A．CaCO3（s）＋2HCl（aq）=CaCl2（aq）＋CO2（g）＋H2O（l）B．NH4Cl（s）=NH3（g）＋HCl（g）C．2H2（g）＋O2（g）=2H2O（l）D．2C（s）＋O2（g）=2CO（g）4．下列說法正確的是（）A．放熱反應(yīng)不一定是自發(fā)進行的反應(yīng)B．吸熱反應(yīng)一定是非自發(fā)進行的反應(yīng)C．自發(fā)進行的反應(yīng)一定容易發(fā)生D．反應(yīng)速率快的反應(yīng)一定是自發(fā)進行的5．已知反應(yīng)2NO（g）＋2CO（g）=N2（g）＋2CO2（g）在298K、101kPa的條件下，其ΔH＝－113.0kJ·mol－1，ΔS＝－145.3J·mol－1·K－1。該反應(yīng)（填“能”或“不能”）用于消除汽車尾氣中的NO，理由為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。技能素養(yǎng)合作·探究·分享提升點化學(xué)反應(yīng)進行方向的判斷[例]下列判斷正確的是（）A．反應(yīng)4Fe（s）＋3O2（g）=2Fe2O3（s）常溫下可自發(fā)進行，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B．反應(yīng)N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）的ΔH<0，ΔS>0C．2NO（g）＋2CO（g）=N2（g）＋2CO2（g）在常溫下能自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH>0D．反應(yīng)NH3（g）＋HCl（g）=NH4Cl（s）在室溫下可自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH<0狀元隨筆解題的關(guān)鍵是判斷反應(yīng)是熵減反應(yīng)還是熵增反應(yīng)。[提升]（1）化學(xué)反應(yīng)：CaCO3（s）=CaO（s）＋CO2（g）ΔH（298K）＝＋178.2kJ/mol，ΔS（298K）＝＋169.6J/（mol·K），常溫下該反應(yīng)（填“能”或“不能”）自發(fā)進行，CaCO3的分解反應(yīng)要自發(fā)進行，溫度T應(yīng)高于K。（2）化學(xué)反應(yīng)2NO（g）＋2CO（g）=N2（g）＋2CO2（g）在298K、100kPa下：ΔH＝－113.0kJ/mol，ΔS＝－145.3J/（mol·K），反應(yīng)在常溫下（填“能”或“不能”）自發(fā)進行。（3）反應(yīng)2HCl（g）=H2（g）＋Cl2（g），已知：HCl（g）的S＝＋186.6J/（mol·K），H2（g）的S＝＋130J/（mol·K），Cl2（g）的S＝＋233J/（mol·K），則該反應(yīng)的ΔS＝。（4）已知2CO（g）?CO2（g）＋C（s），T＝980K時ΔH－TΔS＝0。當(dāng)體系溫度低于980K時，估計ΔH－TΔS0（填“大于”“小于”或“等于”，下同）；當(dāng)體系溫度高于980K時，估計ΔH－TΔS0。狀元隨筆在用判據(jù)ΔH－TΔS判斷時要注意ΔH與ΔS的單位的差別，需要轉(zhuǎn)換。（1）不能片面地用焓判據(jù)、熵判據(jù)孤立判斷。（2）不能忽視溫度在大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)方向判斷中的作用。（3）不能錯誤認(rèn)為“自發(fā)反應(yīng)”不需要任何條件。（4）不能忽視ΔH、T、ΔS單位的協(xié)調(diào)一致。[關(guān)鍵能力]1．熵值大小判斷方法：①從物質(zhì)狀態(tài)判斷：物質(zhì)在氣態(tài)時熵值最大，液態(tài)較小，固態(tài)時最小，即S（g）>S（l）>S（s）。②從物質(zhì)的量的大小判斷：物質(zhì)的量越大、分子數(shù)越多，熵值越大。③不同物質(zhì)熵值間的關(guān)系：物質(zhì)的組成越復(fù)雜其熵值越大，一般組成物質(zhì)的原子種類相同時，一個分子中原子數(shù)目越多，其混亂度就越大，熵值也越大。④固體的溶解過程、液體和氣體的擴散過程，是熵增加的過程。⑤產(chǎn)生氣體的反應(yīng)和氣體的物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，是熵增加的過程。2．復(fù)合判據(jù)的應(yīng)用形成性自評1．下列過程屬于非自發(fā)過程的是（）A．水由高處向低處流B．天然氣的燃燒C．鐵在潮濕的空氣中生銹D．室溫下水結(jié)成冰2．下列對熵變的判斷中不正確的是（）A．少量的食鹽溶解于水中：ΔS>0B．碳和氧氣反應(yīng)生產(chǎn)CO（g）：ΔS>0C．氣態(tài)水變成液態(tài)水：ΔS>0D．CaCO3（s）受熱分解為CaO（s）和CO2（g）：ΔS>03．已知反應(yīng)FeO（s）＋C（s）=CO（g）＋Fe（s）的ΔH＞0，ΔS＞0（假定ΔH、ΔS不隨溫度而變化），下列敘述正確的是（）A．低溫下為自發(fā)過程，高溫下為非自發(fā)過程B．高溫下為自發(fā)過程，低溫下為非自發(fā)過程C．任何溫度下均為非自發(fā)過程D．任何溫度下均為自發(fā)過程4．下列內(nèi)容與結(jié)論相對應(yīng)的是（）選項內(nèi)容結(jié)論AH2O（g）變成H2O（l）ΔS＞0B硝酸銨溶于水可自發(fā)進行因為該反應(yīng)的ΔS>0C一個反應(yīng)的ΔH＞0，ΔS＞0反應(yīng)一定不能自發(fā)進行DH2（g）＋F2（g）=2HF（g）的ΔH＝－271kJ·mol－1，ΔS＝＋8J·mol－1·K－1反應(yīng)在任意溫度下都不能自發(fā)進行2和O2會發(fā)生反應(yīng)：N2（g）＋O2（g）=2NO（g）ΔH＝＋180.50kJ/mol，ΔS＝＋247.3J/（mol·K），若不考慮溫度對該反應(yīng)焓變的影響，則下列說法中正確的是（）A．在1000℃時，此反應(yīng)能自發(fā)進行B．在1000℃時，此反應(yīng)不能自發(fā)進行C．該反應(yīng)能自發(fā)進行的最低溫度約為730℃D．該反應(yīng)能自發(fā)進行的最高溫度約為730K6．已知在100kPa、298.15K時石灰石分解反應(yīng)：CaCO3（s）?CaO（s）＋CO2（g）ΔH＝＋178.3kJ·mol－1ΔS＝＋160.4J·（mol·K）－1，則：（1）該反應(yīng)（填“能”或“不能”）自發(fā)進行。（2）據(jù)本題反應(yīng)數(shù)據(jù)分析，溫度（填“能”或“不能”）成為反應(yīng)方向的決定因素。（3）若溫度能決定反應(yīng)方向，則該反應(yīng)自發(fā)進行的最低溫度為（結(jié)果保留一位小數(shù)）。7．氨的工業(yè)合成工藝的成熟推動了人類文明的進步，不少科技工作者為了尋找廉價的氨的制備方法，進行了前赴后繼的探索性工作。用氫氣和氮氣合成氨是一個可逆反應(yīng)，化學(xué)方程式為N2＋3H2eq\o(,\s\up17(高溫、高壓),\s\do15(催化劑))2NH3。已知，在常溫下，1gH2完全轉(zhuǎn)化為NH3，放出的熱量為15.4kJ。（1）請寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。（2）如果一個反應(yīng)的ΔH－TΔS<0，則該反應(yīng)能夠自發(fā)進行。已知上述氨的合成反應(yīng)的ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1，則其在常溫下（填“能”或“不能”）自發(fā)進行。8．氫單質(zhì)及其化合物是人類賴以生存的重要資源。回答下列問題：（1）肼（N2H4）是一種液態(tài)火箭推進劑。分解的能量變化如圖所示：①正反應(yīng)的活化能為：kJ/mol。氣態(tài)肼分解的熱化學(xué)方程式為。②氣態(tài)肼分解反應(yīng)的ΔS（填“>”“<”或“＝”）0，該反應(yīng)能自發(fā)進行的條件為：（填“高溫”“低溫”或“任意溫度”）。（2）氫氣是有發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。由冰為原料，獲取氫氣的過程為：H2O（s）eq\o(→,\s\up17(①))H2O（l）eq\o(→,\s\up17(②))H2O（g）eq\o(→,\s\up17(③))H2（g）和O2（g）①三個轉(zhuǎn)化的ΔS（填“>”“<”或“＝”）0，②工業(yè)上完成轉(zhuǎn)化③一般有兩種途徑：電解或者高溫，若采用電解的方法，則能量轉(zhuǎn)化形式為能轉(zhuǎn)化為能；若采用高溫，已知：2H2O（l）=2H2（g）＋O2（g）ΔH＝＋572kJ·mol－1，ΔS(298K)＝＋520J/(mol·K)則要是反應(yīng)自發(fā)進行，最低溫度為K（假設(shè)反應(yīng)的焓變與熵變不隨溫度變化而變化，結(jié)果保留整數(shù)）。練后感悟1．焓變和熵變都與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，都不能獨立作為自發(fā)性的判據(jù)，必須綜合考慮體系的焓變和熵變。2．根據(jù)ΔH－TΔS＜0判斷的只是反應(yīng)自發(fā)進行的可能性，具體反應(yīng)能否實際發(fā)生，還涉及反應(yīng)速率的問題。第1課時化學(xué)反應(yīng)的方向基礎(chǔ)知識新知預(yù)習(xí)一、1．(1)不用借助于外力(2)高能低能做功釋放有序無序熵增2．自動二、1．(1)焓變(2)降低趨向2．(1)混亂度SJ·mol－1·K－1(2)越大不同>>(3)增加ΔS大于(4)熵變(5)增加減小三、1．(1)<(3)>2．溫度壓強<0平衡即時性自測1．答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)√2．解析：焓判據(jù)可以解釋放熱過程可以自發(fā)進行，A項、B項和C項中的反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)。答案：D3．解析：熵判據(jù)是ΔS>0的反應(yīng)自發(fā)進行。A、B、D選項中都有顯著的熵增，可用熵判據(jù)解釋。答案：C4．答案：A5．解析：ΔG＝ΔH－TΔS＝－113.0kJ·mol－1－298K×(－145.3×10－3kJ·mol－1·K－1)＝－69.7kJ·mol－1<0，故理論上該反應(yīng)能自發(fā)進行。答案：能該反應(yīng)的ΔH－TΔS＝－69.7kJ·mol－1<0，說明該反應(yīng)在理論上是可行的，所以能用于消除汽車尾氣中的NO技能素養(yǎng)例解析：A、C、D中反應(yīng)均為熵減反應(yīng)，且在常溫下均能自發(fā)進行，故根據(jù)ΔH－TΔS<0判斷三個反應(yīng)均屬于放熱反應(yīng)，故A、C錯誤，D正確；B中反應(yīng)為熵減反應(yīng)，ΔS<0，B錯誤。答案：D提升解析：(1)298K時，ΔH－TΔS＝＋178.2kJ·mol－1－298K×169.6×10－3kJ/(mol·K)≈128kJ·mol－1＞0，故常溫下該反應(yīng)不能自發(fā)進行。當(dāng)ΔH－TΔS＝0時，T＝ΔHΔS＝178.2kJ·mol-1169.6×10-3kJmol·K≈1051K，故當(dāng)(2)298K時，ΔH－TΔS＝－113.0kJ·mol－1－298K×[－145.3×10－3kJ/(mol·K)]≈－69.7kJ·mol－1＜0，因此常溫下該反應(yīng)能自發(fā)進行。(3)ΔS＝130J/(mol·K)＋233J/(mol·K)－2×186.6J/(mol·K)＝－10.2J/(mol·K)。(4)反應(yīng)C(s)＋CO2(g)=2CO(g)為吸熱反應(yīng)，ΔH＞0，則2CO(g)=CO2(g)＋C(s)為放熱反應(yīng)，ΔH＜0，且該反應(yīng)ΔS＜0，則當(dāng)T＜980K時，ΔH－TΔS＜0，T＞980K時，ΔH－TΔS＞0。答案：(1)不能1051(2)能(3)－10.2J/(mol·K)(4)小于大于形成性自評1．解析：自然界中水由高處向低處流、天然氣的燃燒、鐵在潮濕的空氣中生銹、室溫下冰的融化都屬于自發(fā)過程，其逆向都是非自發(fā)的。答案：D2．解析：食鹽溶于水是典型的熵增加過程；2C(s)＋O2(g)=2CO(g)，氣體的物質(zhì)的量增大，為熵增加的反應(yīng)；氣態(tài)水變成液態(tài)水是體系混亂度減小的過程，為熵減小的過程；CaCO3(s)分解產(chǎn)生了氣體，為熵增加的反應(yīng)。答案：C3．解析：ΔH＞0，ΔS＞0，低溫下，ΔG＝ΔH－TΔS＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進行，高溫下，ΔG＝ΔH－TΔS＜0，反應(yīng)能自發(fā)進行，故B正確。答案：B4．解析：物質(zhì)由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，混亂度減小，即ΔS＜0，A項不符合題意；硝酸銨溶于水是吸熱的熵增加過程，ΔS＞0，反應(yīng)可自發(fā)進行，B項符合題意；ΔH＞0，ΔS＞0，根據(jù)復(fù)合判據(jù)可知，高溫時ΔH－TΔS＜0，即高溫條件下，反應(yīng)能自發(fā)進行，C項不符合題意；由ΔH＜0，ΔS＞0知，ΔH－TΔS＜0，故該反應(yīng)在任意溫度下都能自發(fā)進行，D項不符合題意。答案：B5．解析：反應(yīng)能否自發(fā)進行取決于焓變和熵變的綜合判據(jù)，由反應(yīng)N2(g)＋O2(g)=2NO(g)ΔH＝＋180.50kJ·mol－1，ΔS＝＋247.3J/(mol·K)，可知該反應(yīng)吸熱，且熵值增大，根據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS判斷，若反應(yīng)能自發(fā)進行，必須滿足ΔH－TΔS<0才可，即180.50kJ·mol－1－T×247.3×10－3kJ/(mol·K)<0，解得T>730K(約456.85℃)，則該反應(yīng)在T>